低温排气处理装置用的非晶型非膨胀无机纤维衬垫制造方法及图纸

一种非膨胀衬垫（２０），用于排气处理装置（１０）诸如催化转化器、柴油机粒子捕集器等中，对低温脆性结构（１８）提供一种包括非晶形无机纤维的支撑结构。该纤维的弹性模量不足约２０×１０↑［６］磅／平方英寸，几何平均直径约５微米以下。该衬垫（２０）适合于在整个从环境温度到高达至少约３５０℃的平均衬垫温度范围内，提供至少５磅／平方英寸的吸持力。该非晶形无机纤维优选是熔体生成的纤维，包括含氧化铝／二氧化硅的熔体的纤维化产品。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术针对排气处理装置诸如用于处理排气的催化转化器，柴油机微粒捕集器等中脆性结构起支撑构件作用的一种衬垫。更具体地说、本专利技术针对一种非晶形非膨胀无机纤维衬垫，用于低温排气处理装置中作为支撑构件。
技术介绍
催化转化器组件，用于处理汽车及柴油发动机排气，其内包括一种脆性结构，诸如催化剂载体结构，用于吸持(holding)住氧化一氧化碳及烃类和还原氮氧化物的催化剂，该脆性结构是被固定在金属外罩内的。该脆性结构优选由脆性材料制成，诸如由金属或由一种脆性耐火陶瓷材料诸如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、堇青石、金刚砂等构成的一种整块结构。这些材料提供了一种具有许多微细流道的骨架型结构。但如上所述，这些结构可以并经常是非常脆性的。事实上，这些整块结构可能易碎到甚至细小冲击载荷或应力都足以使之破裂或压碎。这种脆性结构是装在金属外罩内的，脆性结构外表面与外罩内表面之间留有空间或间隙。为保护脆性结构免遭热及机械冲击和上述其它应力以及为提供热绝缘，已知在脆性结构与外罩间的间隙内要放置至少一片或一层固定或支撑材料。例如，受让人的U.S4，863,700、4,999,168、5,032,441及5,580,532均披露了几种催化转化器，在该装置内外罩与脆性结构的间隙间放置一种固定或支撑材料，以保护该脆性结构并保持其在外罩内应有位置，各披露在此引以参考。在低温催化转化器的应用中，如涡轮增压直注(TDI)柴油机驱动车辆，排气温度一般约150℃，且决不可超过300℃。在此领域已经观察到，一般与膨胀衬垫装配在一起的催化转化器，会因意外频频高温而出现故障。这些故障原因之一是，因排气温度太低而不能膨胀一般膨胀蛭石微粒。甚至为使该膨胀微粒预膨胀，在已经预热到约500℃的转化器中也发现是这样。随后用于低温TDI场合时，该衬垫不能提供足够压力保护该脆性结构，以致损坏。应当指出，用于汽油发动机的转化器，由于该转化器持续加热使最后操作温度高达900℃，而克服了这种初期吸持力损失。在350℃以上温度时，这种膨胀微粒发生膨胀，并提高了衬垫对脆性结构的吸持力。这些故障的第二个原因是，用于膨胀衬垫产品的有机粘结剂体系降解，引起吸持力损失。从室温至约200℃，吸持力逐渐损失；但是，从约200℃到250℃，吸持力损失加快，如图3所示。图2说明已有技术膨胀衬垫在300℃下1000周期试验中的性能，其脆性结构与壳间的间隙约4.O至4.1毫米。所有衬垫都在500℃下预热1小时，使膨胀材料(蛭石)预膨胀。在1000周期试验中，该衬垫必须总保持压力在15磅/平方英寸以上，以提供对脆性结构足够的吸持力。图2说明约500周期后最终故障时的吸持力损失。此图数据较好关联了在300℃以下操作的TDI柴油机应用中，以常规膨胀固定衬垫固定转化器所观察到的故障。对早先的膨胀衬垫测试的步骤及具体结果详细列于下。本领域对非膨胀衬垫系统是已知的。诸如SAFFIL(由帝国化学工业公司(ICI)联合王国，提供)和MAFTEC(由三菱财团化学品公司(Mitsubishi Chemicals)日本，提供)的纤维制品，都可用于在宽温度范围固定该脆性结构。为增加在转化器加热时的吸持力，这些纤维独特产品都不含膨胀材料，比如蛭石。这些衬垫都是由弹性模量高(20-40x106磅/平方英寸以上)的多晶纤维组成，起到如陶瓷弹簧的作用，对脆性结构提供必需的吸持力。这些产品对于涡轮增压直注(TDI)柴油机转化器起到了一定的作用。过去这些产品均为干砌(dry layed)型，没加有机粘结剂；因此这些产品一般都厚18毫米以上，难以装在转化器内，如以上参考专利所述。此外，与膨胀衬垫比较，这些产品成本过高。最近，新一代产品用真空包装或添加有机粘结剂及有时另外压合或针刺(needling)方法，使衬垫更薄及更柔，改进了操纵及安装。用这些方法可使厚度达到10毫米以下。但是，新一代衬垫在150-300℃温度范围的测试表明，其吸持力比第一代衬垫更低。第一个新一代产品描述于US5,580,532中，其要求保护一种用于固定催化转化器的柔性多晶陶瓷纤维衬垫，尤其适用于工作温度750至1200℃的范围。柔性是通过用各种有机粘结剂浸渍衬垫达到的。但是，在该专利中参考引证的所有粘合剂都使TDI柴油机转化器的衬垫在150-300℃工作温度范围内性能差一些。然而，由于这些衬垫所用纤维的弹性模量高，所以仍然能获得满意的性能。欧洲专利申请EP803643为生产可用于固定脆性结构的薄而柔性的衬垫，披露了一种衬垫产品，用粘合剂粘接一种成分范围很宽(0-99重量％的Al2O3、1-99.8重量％的SiO2)的矿物纤维而制成。此外，对该纤维制品限定优选组成在95重量％Al2O3，或75重量％Al2O3-25重量％SiO2范围。该申请指出，只有用弹性模数高的纤维才可能在使用过程中加热及冷却转化器时提供足够的吸持力来支撑该脆性结构。并认为已有技术所用膨胀衬垫产品的纤维都不适宜。该申请描述了常规有机粘结剂如丙烯酸胶乳在温度高到足以使其烧尽场合下的应用，诸如在500℃以上。对于低温的应用，如在220-300℃范围用柴油发动机，该申请认为常规有机粘结剂会热降解并变硬。在转化器热循环时，变硬的衬垫不能再保持其对脆性结构的足够吸持力，而造成故障。该申请指出，另一种不会变硬的粘合剂，如硅氧烷粘合剂，可成功地用于这个温度范围。在US 4,929,429及5,028,397中，对照实施例表明，即使对熔体形成的陶瓷纤维进行处理，使细粒含量(shot content)降低至5％时，这些纤维也仍然没有足以吸持转化器壳中脆性结构所必需的回弹力，如US5,250,269所述。该US5,250,269描述了怎样通过第一次热处理熔体形成的陶瓷纤维如CERAFIBER(热陶瓷公司的)才可达到足够的回弹力。对照实施例中用熔体形成的陶瓷纤维制成而未加处理的衬垫，在小试验及转化器热振动两种试验中都出了故障。工业需要的是在从环境温度至高到至少约350℃的平均衬垫温度范围内都起作用、而且可安装在排气处理装置内，诸如TDI柴油机催化转化器等内，又不损失其吸持力的衬垫。本专利技术目的在于提供一种能在整个由环境温度至高达至少约350℃的平均衬垫温度范围内均起作用，又在排气处理装置如TDI柴油机催化转化器等内，保持至少约15磅/平方英寸吸持力的衬垫。本专利技术另一目的在于提供一种十分薄而很柔性的、易于在排气处理装置如TDI柴油机催化转化器等中操纵和安装的衬垫。专利技术综述本专利技术提供一种对低温排气处理装置中脆性结构提供支撑的非膨胀衬垫，其包括耐热非晶形无机纤维，所述纤维的弹性模量不超过约20x106磅/平方英寸，几何平均直径约5微米以下，所述衬垫任选包括一种粘合剂，其中该衬垫适合在整个从环境温度到高达至少约350℃的平均衬垫温度范围内，提供至少15磅/平方英寸的吸持力。本专利技术也提供一种排气处理装置，包括其外罩内装有一种脆性载体及在该脆性载体结构及外罩之间设置有一支撑构件，其中所述支撑构件包括由耐热非晶形无机纤维构成的一种非膨胀衬垫，所述纤维的弹性模量不超过约20x106磅/平方英寸，几何平均直径约5微米以下，所述衬垫任选包括一种粘合剂，以及其中该衬垫适合在整个从环境温度到高达至少350℃的平均衬垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对低温排气处理装置中的脆性结构提供支撑的非膨胀衬垫，包括耐热非晶形无机纤维，所述纤维的弹性模量不足约２０ｘ１０↑［６］磅／平方英寸，几何平均直径约５微米以下，所述衬垫任选包括一种粘合剂，其中该衬垫适合于在整个从环境温度至高达至少约３５０℃的平均衬垫温度范围内，提供至少１５磅／平方英寸的吸持力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JD特内伊克，
申请(专利权)人：尤尼弗瑞克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]